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向阳桥水库工程导流洞与放空洞结合方案设计探讨

日期:2017-9-29 9:18:14 点击:
    1•工程概况
    向阳桥水库工程位于广安市邻水县西南部城南镇境内的丹水滩河上游。坝址在西天乡政府下游1km 处,距邻水县县城5.7km,距广安市70km,距重庆市96km。向阳桥水库枢纽为Ⅲ等工程,工程规模为中型。水库坝址位于丹水滩河灯堡,拦河坝为面板堆石坝,右岸设有溢洪道、放空洞、取水管道等枢纽建筑物。大坝坝顶高程350.00m, 坝顶长188.00m, 最大坝高45.0m。向阳桥水库总库容1644 万m3,挡水建筑物为混凝土面板堆石坝,由于水库仅通过溢洪道泄洪,而溢洪道堰顶高程较高,紧急情况时,库水位无法通过溢洪道消落。向阳桥水库下游有邻水县规划中的工业园区,且人口密集,考虑设置放空设施以备用。枢纽施工期设有导流洞,可将其封堵改建利用,经济合理。因此,将水库放空洞结合导流洞布置于右岸。
    2· 放空(导流)洞设计
    根据工程经验,导流洞进口高程较低,放空洞进口高程较高,通常放空洞采用龙抬头的方式与导流洞衔接。根据《水工隧洞设计规范》要求,相邻两隧洞间的岩体厚度,应根据布置需要地质条件围岩承受的内水压力、围岩的应力和变形、隧洞横断面尺寸和形状、施工方法和运行情况如(一洞有水,邻洞无水)等因素综合分析决定。岩体厚度不宜小于2 倍开挖洞径或洞宽,岩体较好时经分析岩体厚度可适当减小但不应小于1 倍开挖洞径或洞宽。应保证运行期围岩不发生渗透失稳和水力劈裂[1]。导流洞及放空洞运行要求以及相关水力学计算,确定导流洞进口高程为317m,导流洞洞身结构型式城门洞型,尺寸3.0m×5.0m;放空洞进口高程为325m;两洞进口高程相差仅8m,放空(导流)洞洞身岩性以泥岩为主,岩石完整性一般,围岩类别以Ⅳ类为主;若按传统龙抬头方式设计,两洞结合点附近处岩层厚度不能满足《水工隧洞设计规范》要求。
    为解决上述问题,首先对导流洞与放空洞的平面布置进行优化设计。根据本工程的特点,可将导流洞洞轴线与放空洞洞轴线在平面布置上使用同一轴线,实现导流洞与放空洞的结合;为解决导流洞与放空洞进口高程不同的问题,在导流洞进口渐变段扩大导流洞断面,待导流任务完成后,利用封堵混凝土形成龙抬头段,将导流洞改建成为放空洞。放空(导流)洞进口段纵剖面见图1。
向阳桥水库工程导流洞与放空洞结合方案设计探讨
    采取上述设计方案,从隧洞的使用功能性上分析,能够满足工程建设期导流洞运行要求,改建后也能满足放空洞运行的要求;从工程投资上分析,减少了放空洞进口开挖支护以及结合点之前放空洞洞身开挖支护衬砌的工程量及进水塔的工程量,减少工程投资。从设计的方案经济性以及技术可行性两方面综合分析,本设计方案做导流洞与放空洞结合的设计的推荐方案。
    2.1 放空(导流)地质条件
    放空(导流)导流洞布置于右坝肩山体内。隧洞进口位于上游右岸杨河村沟口,地形较陡,坡度25°~45°,为斜向坡,坡面为基岩裸露,主要为砂岩夹泥岩,强风化水平深度7m~10m,由于隧洞顶板为一产状平缓的厚层砂岩,地形较陡,进口段成洞条件较好;洞身段岩性以泥岩为主,前段112m 主要为微风化岩体,其后为弱风化带岩体,隧洞最大埋深约38m;隧洞出口位于公路内侧,地形坡度25°~35°,为斜向坡,为泥岩、粉砂质泥岩裸露,强风化水平深度10m~15m,由于岩层产状平缓且地形较陡,成洞条件较好。洞后排水明渠位于公路外侧至河床的斜坡区域,坡度10°~20°,表层为厚2.0m~3.0m 的人工填筑碎石土层,下伏基岩为泥岩、粉砂质泥岩,强风化带下限埋深6m~8m。隧洞水文地质条件简单,地下水活动中等。
    隧洞进口:桩号导0-012~导0+014洞段为强~弱风化的砂、泥岩互层,岩体完整性较差, 属Ⅴ 类围岩。洞身段:导0+014~导0+168 洞段以弱~微风化的泥岩为主,岩体完整性一般,属Ⅳ~Ⅲ类围岩。隧洞出口:桩号导0+196~导0+216 洞段以强~弱风化的泥岩为主,岩体完整性较差,属Ⅴ类围岩。
    2.2 放空(导流)设计
    根据坝区地形、地质、施工洪水等条件,以及水工布置情况,导流洞的总体布置既要满足施工导流的要求,又要考虑改建放空洞的布置要求。导流洞布置在右岸,进口高程317.0m,出口高程314.0m,洞长216m,综合纵坡0.014。在完成施工期导流任务后,下闸封堵,将导流洞改建成放空洞。
    进水口明渠底板高程317.00m,塔架建基面高程315.00m,塔顶高程同坝顶高程为350.00m,进水塔宽6.5m,328.50m 高程以下长12.0m,328.50m 高程以上长10.5m。进水塔一期底板高程317.00m,塔后接城门洞型隧洞。导流期间,放空(导流)洞洞身隧洞前端34.0m 长洞段洞高由10.5m 渐变至5.0m,洞宽3.0m,衬砌厚度1.0m。隧洞后部为3.0m×5.0m 城门洞型,衬砌厚度0.5m~0.6m。
    在完成导流任务后,下封堵闸门,对进水塔及导流洞进行二期改建。改建采用混凝土回填方式,回填后,进水塔进口底板高程为325.00m,内设事故检修闸门及工作闸门,进水塔后回填成的龙抬头段与后部隧洞相接。龙抬头段长34.0m,尺寸为3.0m 宽城门洞型,龙抬头段采用前部抛物线后接1∶3 斜坡段与反弧曲线相连,抛物线方程为y=x2/100,反弧半径25.0m。龙抬头后接城门洞型隧洞。
放空(导流)出口底板高程314.00m,导流洞出口与放空洞出口永临结合,待完成导流任务后进行出口二期改建。
    2.3 下闸封堵改建
    导流洞完成导流任务后进行封堵,其封堵时间应根据施工总进度的要求、坝体施工进展情况、河道水文特性、引水时间等综合考虑确定导流洞下闸封堵时间安排在第三年1 月底。根据《水工隧洞设计规范》,计算堵头混凝土长度[1]。经计算,下闸后对导流洞导0-008.00m~导0+034.00m 洞段进行改建成永久放空洞,改建段应满足永久放空洞结构型式和稳定要求,改建时间安排在第三年2 月初开始,封堵改建混凝土施工应在下闸后的2 个月内完成,即在第三年3 月底以前完成,并具备挡水过流条件。封堵闸门在封堵改建混凝土施工完成且洞内充水前,承受上游水压力。导流洞封堵门下闸利用检修门启闭机。封堵闸门孔口尺寸3.0m×8.0m(宽×高),底坎高程317.0m。闸门落下后不再提出,同时因导流洞与放空洞共同使用一个进水口,在下闸封堵过程中放空洞检修闸门也需关闭。封堵改建混凝土施工采用逐段浇筑混凝土的方法进行。混凝土水平运输采用3m3 混凝土搅拌运输车运送至洞口,然后由泵送入仓,插入式振捣器振捣密实。
    3·结语
    (1) 向阳桥水库枢纽工程通过优化导流洞与放空洞布置,将导流洞与放空洞“二洞合一”。根据施工总进度安排,截流以后通过导流洞泄流,待大坝及溢洪道施工完成以后,进行导流洞下闸封堵改建。经相关水力学计算,在施工导流期间该条隧洞能够满足设计标准下的导流要求。导流任务完成以后,通过下闸封堵改建形成龙抬头段,改建后能满足放空洞的使用要求。
    (2)采用上述结合方式,减少了放空洞的开挖支护工程以及放空洞进水塔的工程量,降低了工程投资。
    (3)对于中小型水库工程,导流洞与防空洞具备结合的条件下,若放空洞进口段斜支洞布置及受地形地质条件限制时,可考虑优化导流洞进口设计,将导流洞与放空洞在平面位置上布置在同一轴线上,通过后期混凝土封堵施工形成“龙抬头”。
    (4)对有下游供水要求的水库工程,可考虑在不影响足放空洞使用的条件,在洞内敷设引水钢管,为下游供水。
    (5)根据施工进度安排,选择合理的封堵时段,制定合理的封堵改建施工方案,减少封堵的难度和降低封堵期间的风险。